猕猴桃汁射频杀菌工艺初探

吕晓英，王绍金，吴　倩，李光辉，封雨晴，徐云凤，夏效东，*（.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌700；.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌700）

猕猴桃汁射频杀菌工艺初探

吕晓英1，王绍金2，吴倩1，李光辉1，封雨晴1，徐云凤1，夏效东1，*
（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；2.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100）

本研究选用鲜榨猕猴桃汁为研究对象，以沙门氏菌为受试菌，使用固定频率为27.12MHz的射频设备进行处理，研究了处理时间、极板间距以及猕猴桃汁厚度对射频杀菌效果的影响。通过正交实验得出射频杀菌的最优条件为：极板间距105mm、处理时间210s、猕猴桃汁厚度为45mm。该条件下射频处理可使猕猴桃汁中的沙门氏菌下降8个以上数量级。同时，本研究还比较了巴氏杀菌和射频杀菌对猕猴桃汁中维生素C含量的影响，结果表明相比巴氏杀菌，射频杀菌能更好地保持猕猴桃汁中维生素C。

猕猴桃汁，射频处理，杀菌

猕猴桃细嫩多汁，酸甜宜人，还含有大量的维生素C、优良的膳食纤维、丰富的抗氧化物质及矿物质，被誉为“水果之王”［1］。但猕猴桃采后易变软腐烂，迫切需要深加工以促进猕猴桃产业的发展。目前其深加工产品中猕猴桃汁占很大的比重，但猕猴桃汁易出现风味的改变、混浊和沉淀等问题［2］。同时关于耐酸的食源性致病菌污染果汁的报道也屡见不鲜［3-6］。为探索更好地加工工艺以保证果汁良好的微生物状况和感官性质，本实验利用射频对猕猴桃汁进行杀菌，并对其工艺及效果进行了初步探究。

射频技术作为新兴的电磁加热技术，被认为食品工业中很有潜力的技术之一［7］。射频加热是通过发射高频交变电磁场而使极板间的物料加热［8］。射频技术具有加热快速、均匀、穿透力强、物料温度低等优点［9］。国内外对射频技术在食品及农产品加工中的研究主要集中在肉制品加热、面包烘焙、果蔬加工、冷冻食品解冻及干果的杀虫灭菌等［10-13］。关于射频技术处理液体食品的研究目前还比较少［14-17］，利用射频对猕猴桃汁进行处理还尚未有报道。

本研究以沙门氏菌为受试菌，研究射频处理对鲜榨猕猴桃汁的杀菌效果，优化射频处理的工艺参数；同时，比较巴氏杀菌和射频杀菌对猕猴桃汁中的维生素C含量的影响，为今后射频技术在猕猴桃汁等果汁杀菌方面的应用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

海沃德猕猴桃购于陕西杨凌果园，果实新鲜饱满，无病虫害和机械损伤；沙门氏菌SL1344由西北农林科技大学食品学院微生物实验室提供；细菌培养基北京路桥有限责任公司；所有化学试剂均为市售分析纯。

射频设备（27.12MHz） 石家庄纪元公司，10kW；细菌培养箱上海福玛实验设备有限公司；紫外分光光度计美国BIO-RAD公司；AL204电子天平上海梅特勒-托利多仪器有限公司；榨汁机美的集团。

1.2实验方法

1.2.1猕猴桃汁的制备选取成熟度统一的猕猴桃，清洗干净，去除果皮，放入榨汁机打浆，用双层消毒纱布过滤，除去猕猴桃汁中的粗大颗粒，得到较澄清的猕猴桃汁（常温下猕猴桃汁的可溶性固形物含量为12.8°Brix，pH约为3.2），冷藏备用。

1.2.2菌液的制备和接种将冻存管中的沙门氏菌SL1344接种到营养琼脂平板上，培养24h后转移至LB肉汤中，37℃摇床培养至稳定期，将培养好的菌液于4℃下，5000r/min离心5min，弃去上清液，菌体复溶于无菌水中离心洗涤2次后，加入一定量菌体到猕猴桃汁中，使菌体浓度达到107～108cfu/mL。

1.2.3菌落总数的测定根据GB 4789.1-2010方法，对接种沙门氏菌的猕猴桃汁在射频处理前后进行菌落计数。杀菌效果采用致死率来表示。

致死率计算采用如下公式：致死率=lg（N0/N）；式中：N—射频处理后的微生物数，cfu/mL；N0—射频处理前的微生物数，cfu/mL。

1.2.4不同处理条件对猕猴桃汁杀菌效果的研究

1.2.4.1单因素实验将猕猴桃汁置于100mL烧杯中，以沙门氏菌致死率为指标，研究射频处理时间、射频极板间距和猕猴桃汁厚度对杀菌效果的影响。射频处理后样品立即冰浴10min，再进行涂板计数。猕猴桃汁初始温度均为20℃。每次实验重复三次。

在猕猴桃汁厚度为45mm，极板间距分别为105mm的条件下，研究不同处理时间（90、120、150、180、210、240s）对沙门氏菌的致死率的影响。

在猕猴桃汁厚度为45mm，处理时间为210s的条件下，研究不同极板间距（105、110、115、120、125mm）对沙门氏菌的致死率的影响。

在极板间距为105mm，处理时间210s的条件下，研究不同猕猴桃汁厚度（15、25、35、45mm）对沙门氏菌的致死率的影响。

1.2.4.2正交实验为确定射频最佳杀菌条件，在单因素实验的基础上，选取合适的实验水平，采用L9（33）正交实验优化出最佳工艺条件。每个实验组重复三次，并对结果进行方差分析，并进行3次验证实验。

表1　正交实验因素水平表Table 1　Factors and levels in orthogonal array design

1.2.5巴氏杀菌处理将猕猴桃汁于65℃下，水浴30min。

1.2.6维生素C含量的测定采用2，6-二氯靛酚法检测不同处理前后猕猴桃汁中的维生素C含量。

1.3数据处理

采用SPSS软件（SPSS 18.0）对实验数据进行统计分析。

2　结果与分析

2.1不同处理条件对猕猴桃汁杀菌效果的影响

2.1.1射频时间对猕猴桃汁杀菌效果的影响如图1所示，射频时间对猕猴桃汁的杀菌效果随着射频时间的延长而愈加明显。当射频处理时间由90s延长到150s时，沙门氏菌总数由下降0.3个数量级升高到下降1.2个数量级，致死率提高了0.9个数量级；而当射频处理时间由150s延长到210s时，致死率则提高了6.5个数量级。已有研究表明，射频技术对食品中微生物的杀灭作用主要是热效应引起的。射频处理时间在150s内时，猕猴桃汁温度比较低，致死率提高缓慢。随着射频作用时间的延长，猕猴桃汁温度不断升高，致死率增加也愈加显著。当处理时间延长到240s时，猕猴桃汁中的沙门氏菌基本全部被杀灭。美国食品药品监督管理局（FDA）规定果汁在杀菌过程中，致病菌下降5个数量级即达到操作要求［18］。随着射频处理时间的延长，猕猴桃汁温度不断升高，猕猴桃汁中热敏成分损失变大，同时设备能耗也在不断增大。因此在保证射频杀菌达到操作要求的条件下，本研究中射频作用时间不宜超过210s。

图1　射频时间对沙门氏菌致死率的影响Fig.1　Influence of RF treatment time on the inactivation of Salmonella

图2　极板间距对沙门氏菌致死率的影响Fig.2　Influence of polar plates space on the inactivation of Salmonella

2.1.2极板间距对猕猴桃汁杀菌效果的影响在射频处理物料的过程中，被加热的产品放在两个平行电极板之间，通过改变两个极板间距来调节颅腔频率，进而控制颅腔频率与机器固有频率耦合到负载中的输出功率。在一定范围内，射频极板间距与耦合功率呈反比例关系。极板间距越大，输出功率越小。由图2可以看出，随着射频极板间距的增大，沙门氏菌致死率下降趋势逐渐明显。在极板间距由105mm到125mm不断增大的过程中，射频耦合功率不断减小，沙门氏菌的致死率由下降7.7个数量级减小到下降0.8个数量级。这是由于随着极板间距的增大，输出功率减小，猕猴桃汁温度上升较小，菌体吸收电磁波能较小，导致沙门氏菌致死率明显降低。在本实验条件下，极板间距小于103mm时，颅腔频率与机器固有频率耦合会出现过载的情况。因此综合考虑极板间距不宜低于105mm。

2.1.3果汁厚度对猕猴桃汁杀菌效果的影响将猕猴桃汁置于100mL的小烧杯中，改变猕猴桃汁的体积来调整其厚度，分别放置于平行极板间进行射频处理。由图3可知，改变猕猴桃汁的厚度，射频对于猕猴桃汁中沙门氏菌的致死率也随之改变。随着猕猴桃汁厚度的增加，沙门氏菌的致死率也明显增加。猕猴桃汁厚度为15、25、35mm时，沙门氏菌达到了0.3、1.0和2.6个数量级；当猕猴桃汁厚度为45mm时，沙门氏菌致死率高达7.7个数量级。随着猕猴桃汁厚度的增加，射频设备的载荷提高，输出功率提高，电流变大，则温度上升幅度越大，致死率也就越高。猕猴桃汁厚度由35mm增加到45mm的过程中，输出功率明显增大，猕猴桃汁温度上升明显，导致沙门氏菌致死率显著增加。在本实验条件下，果汁厚度为45mm会达到机器输出功率的峰值，继续增加厚度，则会出现过载的情况。所以本研究果汁厚度不宜大于45mm。

图3　猕猴桃汁厚度对沙门氏菌致死率的影响Fig.3　Influence of juice thickness on the inactivation of Salmonella

2.2射频对猕猴桃汁杀菌工艺正交优化

基于上述单因素实验结果，对猕猴桃汁厚度（A）、极板间距（B）、射频时间（C）三个因素在不同水平下进行L9（33）正交实验，每个实验组重复三次，并对结果进行分析。结果见表2。

表2　正交实验设计及结果Table 2　Results analysis of orthogonal array design

表3　正交实验结果方差分析表Table 3　Variance analysis of the results of orthogonal array design

由表2分析可知，RA＞RC＞RB＞R空列，误差较小，三个因素对于杀菌效果的影响大小依次为：猕猴桃汁厚度（A）＞射频时间（C）＞极板间距（B）。对正交实验数据进行方差分析，由表3可知，猕猴桃汁厚度、射频时间、极板间距对沙门氏菌致死率有极显著影响。射频杀菌的优组合为A3B1C3，即猕猴桃汁厚度45mm、极板间距105mm、杀菌时间210s。

2.3验证实验

按照猕猴桃汁厚度45mm、极板间距105mm、杀菌时间210s的条件进行三次平行实验，结果表明沙门氏菌致死率的平均值为8.1326±0.31，远高于正交实验中的其余组合。这是由于在最佳条件作用下，猕猴桃汁的最终温度56℃超过了沙门氏菌的耐受温度，导致沙门氏菌急剧死亡。

表4　最佳杀菌条件下重复性实验结果Table 4　Repeatability of results under optimum conditions

表5　不同杀菌方式处理的猕猴桃汁中的维生素C含量的变化Table 5　Effect of different sterilization methods on Vitamin C content in kiwi-fruit juice

2.4射频处理对猕猴桃汁中维生素C含量的影响

利用射频处理猕猴桃汁，在杀菌钝酶的同时，还可能对猕猴桃汁中的营养成分产生影响。维生素C是猕猴桃汁中的主要营养成分，因此，本研究对比了经巴氏杀菌和优化条件下射频处理的猕猴桃汁中维生素C含量的变化。由表5可知，射频处理后维生素C保留率高达98.1%，而普通巴氏杀菌维生素C的保留率仅为93.2%，且方差分析发现射频处理和巴氏杀菌处理对维生素C含量下降影响的差别极显著（p＜0.01）。结果表明与巴氏杀菌相比，射频杀菌能更好的保留猕猴桃汁中的维生素C。

3　结论

利用射频处理猕猴桃汁，在极板间距105mm、杀菌时间210s、猕猴桃汁厚度45mm的条件下，沙门氏菌可下降8.1个数量级，达到美国FDA对果汁HACCP体系中杀菌工艺的要求。另外通过对比维生素C含量可知，射频处理后猕猴桃汁中维生素C的保留率为98.1%，而巴氏杀菌后维生素C的保留率仅为93.2%。

射频杀菌的主导效应是热效应。因此可以通过研究果汁的介电常数、损耗因子、温度与加热速率的关系，调整猕猴桃汁的初始温度，来缩短射频处理时间，以期得到最佳杀菌条件，在保证猕猴桃汁品质的同时，最大限度的降低能耗。在工业上进行应用时，可以设计并行的管道将果汁匀速的通过射频设备，以期提高杀菌的效率。

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Preliminary study on sterilization technology of kiwifruit juice by radio frequency treatment

LV Xiao-ying1，WANG Shao-jin2，WU Qian1，LI Guang-hui1，FENG Yu-qing1，XU Yun-feng1，XIA Xiao-dong1，*
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China；2.College of Mechanical and Electronic Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

This study used kiwifruit juice as experimental material，Salmonella as surrogate microorganism，to evaluate the effectiveness of radio frequency（RF）treatment at a frequency of 27.12MHz on inactivating bacterial pathogens in kiwi-fruit juice.The effects of treatment time，space between polar plates and the thickness of juice were investigated by single factor and orthogonal array methods.The optimized parameters were determined by orthogonal array methods as follows：distance of 105mm between polar plates，treatment time of 210s，and 45mm of kiwi-fruit juice depth.Under such conditions，at least 8 log reductions of Salmonella could be achieved.In addition，in comparison with pasteurization treatment，more Vitamin C was kept in kiwifruit juice after RF treatment.

kiwi-fruit juice；radio frequency；sterilization

TS255.44

B

1002-0306（2015）02-0267-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.02.049

2014－03－13

吕晓英（1990-），女，硕士研究生，研究方向：食品安全。

夏效东（1981-），男，博士研究生，教授，研究方向：食品安全。

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAK17B06）。